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摘要：钻孔灌注桩在基础工程中已得到广泛应用。但由于地质条件复杂、所用设备优劣、施工水平差异等原因，钻孔灌注桩成桩后或钻孔过程中往往会出现桩身混凝土离淅松散、裂缝、夹泥、断桩和桩位位移等问题。本文结合工程实例和工程地质状况，详细阐述了岩溶地质条件下桥梁桩基础钻孔灌注桩施工方案及施工技术；并施工中容易发生事件与对不同厚度的溶洞处理技术方法进行了深入分析探讨。
关键词：公路桥梁；岩溶地质；钻孔灌注桩；溶洞处理；施工技术
Abstract: the cast-in-place pile foundation engineering in has been widely used. But due to complex geological conditions, equipment used quality, construction level differences, and other factors, the cast-in-place pile after pile or drilling process often will appear pile body concrete crafts.we, cracks, from loose with mud, breaking pile and pile a displacement. Combining with the project examples and engineering geological conditions, and expounds the karst geological condition bridge pile foundation bored pile construction scheme and the construction technology; And in construction of the incident and to different to the thickness of the cave treatment technology method analysis is discussed.
Keywords: highway bridge; Karst geological; Bored piles; Cave treatment; Construction technology
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
1、引言
在桥梁结构中钻孔灌注桩作为一种基础形式，以其适应性强、成本适中、施上简便等特点广泛地应用于公路、桥梁及其它工程领域。灌注樁属于隐蔽工程，影响灌注桩施工质量的因素很多，其中溶洞处理就是重要的一项工作，若处理不当，就会在灌注中产生质量事故，小到塌孔松散、缩颈，大到断桩报废，直至影响工期并对整个工程质量产生不利影响。所以，必须要先了解钻孔灌注桩施工过程可能出现的溶洞的各种情况，并根据各种情况制定相关的处理方法，尽量避免发生事故及减少事故造成的损失，以利于工程的顺利进展。
2、工程概况
某公路有一座简支梁桥，全长170.5 m。桥梁整体布置为6孔跨径为25 m，，桥面宽8.5m；上部结构由5根纵梁和桥面板组成的梁板式钢筋砼简支梁桥，梁和桥面板现浇组合成整体，全桥桥墩均采用双柱墩。
根据已钻探的地质资料统计，本工程桩位共有多处存在溶洞，其中溶洞高为0m～3.0 m占74.5％；洞高为3.0m～5.0 m，占13.8％；其余的占11.7％。
3、施工方案的确定
当有溶洞的桩基地层中无较厚砂砾层或砂层，且溶洞水位较低时采用挖孔桩的方案较为适宜。本工程中的靠山体部分1#2由于靠近山体，且其施工条件的限制，加上其桩长为10 m～12 m之间。所以主要采用挖孔桩成孔，5号台墩为明挖扩大基础。
其余大部分桩基础采用钻孔法成孔，其地层中有较厚的中粗砂层、风化严重的砾石、碎石；地下涌水量较大等；当溶洞上方有较厚的砂砾层时，采用护筒跟进的方法，以防止坍孔。
4、溶洞处钻孔灌注桩桩基础施工技术
4．1溶洞顶部冲孔施工
在溶洞(土洞)发育的桩孔施工过程中，应严格控制冲进进度，一般进度控制在60 cm/h～80 cm/h，冲程控制在50 cm左右。
根据超前钻的资料，当钻孔施工接近溶洞顶部时，提起钻头、钻杆，移开同转钻机，采用冲击钻机冲孔。用冲击钻机冲孔时，要求轻锤慢打，使孔壁圆滑坚固，提升高度一般不超过50 cm。所有卡扣及钢丝绳必须先经测试检查，其它施工工艺及注意事项与常规相同。
4．2外护简制作及下沉
外钢护简制作时，先勘察地质质料，根据溶洞的层数确定外钢护简的直径。
钢护简分节制造，工地拼接。先采用桩锤进行扩孔，钢护简采用振动下沉。振动下沉采用振动打拔锤，其振动动力为1600 kN以上。钢护简下沉时，用两台经纬仪在两个垂直的平面内监测倾斜度，以便随时调正。护简下沉至、硬土层或岩面后，其倾斜度小于1％。
4．3内护简沉放
(1)当冲击穿过溶洞顶部时要反复提升冲锤，在顶部厚度范围上下慢放轻提，冲锤不明显受阻碍，说明顶部已成孔且是圆滑垂直的，时用钢丝绳或扣绑住内护管，用吊机(或冲机自吊)把内护简放入外护简内至孔底。到孔底后，内护简不会靠启重沉到溶洞底部(因溶洞底有沉渣、沉淀物等)。时，回转钻机重新就位钻孔。
(2)护简沉设利用回转钻机进行，在钻机的钻杆上附加护简压架，利用钻机的钻进压力和钻杆、钻头的重量，使内护简随钻头的钻进而下沉，直到溶洞的底部。
4．4 内护简与溶洞底部间空隙的处理
若岩面高差大，铜护简与岩面的接触不严密，容易造成泥沙流失，护简倾斜，钻头掉至洞外的事故。因，可采用分层抛投定量片石、粘土(比例为1：1)，用钻头反复打密的方法，在卒洞处形成石壁，钻头的打密过程中，一面挤石造壁。一面削高出的岩石，直到全断面进入岩层为止。护简接高后随之下沉。
对于多层连续溶洞，可采取高压喷射灌注法填充空隙并增加下层溶洞内的填充物的密度’和强度，为下层溶洞处理创造有利条件。
4．5溶洞钻进
由于溶洞的顶盖和底板可能高低不平，犬牙交错，因，进出溶洞可安斜面开孔的方法处理。在空洞钻进时，须超前预灌注水泥浆及粘土包，若溶洞较小可分层网填粘土和石。块，石块直径以10cm～15cm为宜。以便形成石壁，阻止填充物坍塌和泥浆流失。钻头在冲击高低不平的岩面时，会出现向软一边滑动的现象，如不及时纠正，容易造成斜孔、卡钻的事故。纠偏的方法是分层抛填片石和粘土，用小冲程钻击的方法来切削岩石，以达到孔圆管直的目的。
4．6检孔
钻岩时，检查成孑L桩径、成孔倾斜度以防钻孔歪斜，难于施放钢筋骨架。检孔的方法是采用其外径等设计孔径，长度为孔径的5倍的检孔器上下通过，如检孔器被卡住，分析原因解决，如孔斜严重，则抛石重钻。
4.7清孔
采用正循环泥浆渐进法清孔，程序如下：
(1)当钻至设计标高后，用取渣桶清渣，至取不出为止。
(2)将直径为75 mm钢射浆管插入孔底，射入拌好的泥浆。泥浆性能指标为：比重1.3、粘度18～20，含砂量小于4％，胶体率大于97％，PH值大于8。射入的泥浆带着残留的钻渣，经护简口返回泥浆池，待沉淀后在泵入孔底。如反复循环多次，直到钻渣被逐渐清除为止。
(3)如还有较大块径的钻渣浮不上来，则再投入少量粘土，用钻头小冲程冲砸2 h～3 h。
(4)再插入射浆管实施正循环泥浆清孔，至孔底残渣厚度达到设计及验收标准。
(5)采用测锤法检查沉渣检测沉淀土厚度达标后，观察1 h～2 h，用钢管测量孔底标高，测出沉渣的厚度，符合要求后，安装钢筋笼，浇筑水下砼。
4．8常见故障及处理措施
4．8．1卡钻
如钻进过程中被卡钻，可采用以下方法解决，见图l。
一是水下割护简底口挡住钻头部分，二是将钢护简上拔或顶起一定高度，腾出空间。将钻头拉出。
如是因为护简底变形而引起的卡钻，可抛填片石反复冲砸，将变形部位挤出，或水下切割变形部位，将钻头斜拉上来。
4．8．2斜孔、弯孔产生斜孔、弯孔的原因有三：
(1)是斜面开孔通过溶洞时，未按正确的施工方法，如抛填粘土不及时，溶洞的位置测量不准确，以至钻头沿着软的部位下滑，造成斜孔；
(2)是出現没有预见的溶洞；
(3)是隔层相向的探头石，在钻进时相互扩孔，使钻成的成竖向的“S”形。
纠正斜孔、弯孔的方法：回填片石、粘土重钻，反复数次；灌注水下素砼至弯曲部分以上的一定高度，待强度合格后重新施钻。
4.8.3清孔漏浆
由于覆盖层和溶洞之间相瓦串通，在地下水的作用下产生动压力，导致溶洞内钻孔所形成的人工造壁坍塌，清孔时泥浆流失，其处理方法如下：
(1)探明泥浆流失的孔洞高程，在初步清基的基础上，在钢筋笼上焊接钢护简，钢护简上下口扩成喇叭形，在其上设止水带，当钢筋笼带着堵漏护简初步就位后，进行正循环泥浆清孔。
(2)如孔弯斜严重，钢筋骨架插不下去，时可接高钢护简，尽力振下，然后灌注水下素混凝土至洞底，待达到规定的强度后，再装上钻机重新施钻清孔。
5、钻孔灌注桩基础施工中溶洞处理技术
岩溶地质条件下的溶洞指的是由雨水或地下水溶解侵蚀石灰岩层所形成的空洞，本工程施工场地范围内溶洞极为发育，既有一孔一洞，又有一孔多洞的；溶洞洞高在0.1m～16m范围。根据地质资料，本工程桩基础的溶洞分布见表1。
表1 溶洞分布处理
5．1溶洞的处理技术与方法
根据溶洞的洞高和洞内的填充物情况，．对溶洞采用不同的处理方法，主要处理方法有：抛填法、注浆固结法、灌注混凝土填充法、套放大小钢护简法等。
(1)溶涧的范围小，溶洞高度小于1m，则往桩孔中抛填片石、粘土，先用小冲程冲击桩孔，使溶洞范围形成护壁后。再继续施工。穿越溶洞范同的桩钢筋笼在溶洞卜下各l m范同在钢筋笼的定位筋上焊接厚4 mln的钢板圆筒，在圆筒外增加四根定位钢筋(见图2)。
图1 卡钻示意图 图2 厚度小于lm的溶洞处理示意图
(2)溶洞的高度在1.0 m～3.0 m之间，且溶洞为填充或半填充的，则先向抛填片(碎)石、砂混合物和注水泥浆，然后用小冲程冲击片石挤压到溶洞边形成泥浆碎石外护壁(见图3)，水泥砂浆将片石李隙初步堵塞后，停止冲击，24 h后，待水泥的强度达到2.5 MPa后，再继续冲击，穿过溶涧。
图3 厚度1m～3m的溶洞处理示意图图4灌浆孔平面布置及剖面图
(3)溶洞的厚度在1.0 m～3.0 m之间，且为空洞的，先利用超前钻孔向孔内灌注混凝土干料，填满溶洞，在固结体达到一定强度后(2.5 MPa)即可进行冲孔施工。混凝土干料将采用425R普通硅酸盐水泥拌制，如溶洞空间容积大、导水性强，则在混凝土干料中添加一定量水玻璃，灌浆孔平面布置见图4。
(4)溶洞高在3.0 (5)溶洞高大于5.0 m(多层)，且溶洞问距较大时，拟采用套内护简法施工，即用内护简穿过溶洞的方法进行施工。
护简长度L=h+2m(h为多层溶洞高)。内护简内径应比设计桩径大20cm左右，外径应小于外护简内径5cm左右，若遇第二层溶洞，第二层溶洞的内护简外径比上层内护简内径小35 cm，具体见图6。
图5溶洞高3.05.0m处理示意图
6、结语
实践证明，岩溶地质条件的桥梁迸行桩基施工时，首先进行地质钻探，查明地质情况，然后有针对性地选用人工挖孔、冲击钻孔或挖钻结合方法进行成孔施工，可取得事半功倍的效果。对于溶洞的处理则根据溶洞的厚度与高度采取具体合理的施工措施进行处理，确保桩基础钻孔灌注桩施工的安全顺利进行。
参考文献：
[1]刘吉食，阎洪河．公路桥涵施工技术规范实施手册[M]．北京：人民交通出版社，2001．
[2]J1GD60—2004，公路桥涵设计通用规范[S]．
[3]方小睿。沈典葫；溶洞区桥梁钻孔灌注桩的施工[J]。公路，2003，(2)．
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：公路桥梁；岩溶地质；钻孔灌注桩；溶洞处理；施工技术
Abstract: the cast-in-place pile foundation engineering in has been widely used. But due to complex geological conditions, equipment used quality, construction level differences, and other factors, the cast-in-place pile after pile or drilling process often will appear pile body concrete crafts.we, cracks, from loose with mud, breaking pile and pile a displacement. Combining with the project examples and engineering geological conditions, and expounds the karst geological condition bridge pile foundation bored pile construction scheme and the construction technology; And in construction of the incident and to different to the thickness of the cave treatment technology method analysis is discussed.
Keywords: highway bridge; Karst geological; Bored piles; Cave treatment; Construction technology
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
1、引言
在桥梁结构中钻孔灌注桩作为一种基础形式，以其适应性强、成本适中、施上简便等特点广泛地应用于公路、桥梁及其它工程领域。灌注樁属于隐蔽工程，影响灌注桩施工质量的因素很多，其中溶洞处理就是重要的一项工作，若处理不当，就会在灌注中产生质量事故，小到塌孔松散、缩颈，大到断桩报废，直至影响工期并对整个工程质量产生不利影响。所以，必须要先了解钻孔灌注桩施工过程可能出现的溶洞的各种情况，并根据各种情况制定相关的处理方法，尽量避免发生事故及减少事故造成的损失，以利于工程的顺利进展。
2、工程概况
某公路有一座简支梁桥，全长170.5 m。桥梁整体布置为6孔跨径为25 m，，桥面宽8.5m；上部结构由5根纵梁和桥面板组成的梁板式钢筋砼简支梁桥，梁和桥面板现浇组合成整体，全桥桥墩均采用双柱墩。
根据已钻探的地质资料统计，本工程桩位共有多处存在溶洞，其中溶洞高为0m～3.0 m占74.5％；洞高为3.0m～5.0 m，占13.8％；其余的占11.7％。
3、施工方案的确定
当有溶洞的桩基地层中无较厚砂砾层或砂层，且溶洞水位较低时采用挖孔桩的方案较为适宜。本工程中的靠山体部分1#2由于靠近山体，且其施工条件的限制，加上其桩长为10 m～12 m之间。所以主要采用挖孔桩成孔，5号台墩为明挖扩大基础。
其余大部分桩基础采用钻孔法成孔，其地层中有较厚的中粗砂层、风化严重的砾石、碎石；地下涌水量较大等；当溶洞上方有较厚的砂砾层时，采用护筒跟进的方法，以防止坍孔。
4、溶洞处钻孔灌注桩桩基础施工技术
4．1溶洞顶部冲孔施工
在溶洞(土洞)发育的桩孔施工过程中，应严格控制冲进进度，一般进度控制在60 cm/h～80 cm/h，冲程控制在50 cm左右。
根据超前钻的资料，当钻孔施工接近溶洞顶部时，提起钻头、钻杆，移开同转钻机，采用冲击钻机冲孔。用冲击钻机冲孔时，要求轻锤慢打，使孔壁圆滑坚固，提升高度一般不超过50 cm。所有卡扣及钢丝绳必须先经测试检查，其它施工工艺及注意事项与常规相同。
4．2外护简制作及下沉
外钢护简制作时，先勘察地质质料，根据溶洞的层数确定外钢护简的直径。
钢护简分节制造，工地拼接。先采用桩锤进行扩孔，钢护简采用振动下沉。振动下沉采用振动打拔锤，其振动动力为1600 kN以上。钢护简下沉时，用两台经纬仪在两个垂直的平面内监测倾斜度，以便随时调正。护简下沉至、硬土层或岩面后，其倾斜度小于1％。
4．3内护简沉放
(1)当冲击穿过溶洞顶部时要反复提升冲锤，在顶部厚度范围上下慢放轻提，冲锤不明显受阻碍，说明顶部已成孔且是圆滑垂直的，时用钢丝绳或扣绑住内护管，用吊机(或冲机自吊)把内护简放入外护简内至孔底。到孔底后，内护简不会靠启重沉到溶洞底部(因溶洞底有沉渣、沉淀物等)。时，回转钻机重新就位钻孔。
(2)护简沉设利用回转钻机进行，在钻机的钻杆上附加护简压架，利用钻机的钻进压力和钻杆、钻头的重量，使内护简随钻头的钻进而下沉，直到溶洞的底部。
4．4 内护简与溶洞底部间空隙的处理
若岩面高差大，铜护简与岩面的接触不严密，容易造成泥沙流失，护简倾斜，钻头掉至洞外的事故。因，可采用分层抛投定量片石、粘土(比例为1：1)，用钻头反复打密的方法，在卒洞处形成石壁，钻头的打密过程中，一面挤石造壁。一面削高出的岩石，直到全断面进入岩层为止。护简接高后随之下沉。
对于多层连续溶洞，可采取高压喷射灌注法填充空隙并增加下层溶洞内的填充物的密度’和强度，为下层溶洞处理创造有利条件。
4．5溶洞钻进
由于溶洞的顶盖和底板可能高低不平，犬牙交错，因，进出溶洞可安斜面开孔的方法处理。在空洞钻进时，须超前预灌注水泥浆及粘土包，若溶洞较小可分层网填粘土和石。块，石块直径以10cm～15cm为宜。以便形成石壁，阻止填充物坍塌和泥浆流失。钻头在冲击高低不平的岩面时，会出现向软一边滑动的现象，如不及时纠正，容易造成斜孔、卡钻的事故。纠偏的方法是分层抛填片石和粘土，用小冲程钻击的方法来切削岩石，以达到孔圆管直的目的。
4．6检孔
钻岩时，检查成孑L桩径、成孔倾斜度以防钻孔歪斜，难于施放钢筋骨架。检孔的方法是采用其外径等设计孔径，长度为孔径的5倍的检孔器上下通过，如检孔器被卡住，分析原因解决，如孔斜严重，则抛石重钻。
4.7清孔
采用正循环泥浆渐进法清孔，程序如下：
(1)当钻至设计标高后，用取渣桶清渣，至取不出为止。
(2)将直径为75 mm钢射浆管插入孔底，射入拌好的泥浆。泥浆性能指标为：比重1.3、粘度18～20，含砂量小于4％，胶体率大于97％，PH值大于8。射入的泥浆带着残留的钻渣，经护简口返回泥浆池，待沉淀后在泵入孔底。如反复循环多次，直到钻渣被逐渐清除为止。
(3)如还有较大块径的钻渣浮不上来，则再投入少量粘土，用钻头小冲程冲砸2 h～3 h。
(4)再插入射浆管实施正循环泥浆清孔，至孔底残渣厚度达到设计及验收标准。
(5)采用测锤法检查沉渣检测沉淀土厚度达标后，观察1 h～2 h，用钢管测量孔底标高，测出沉渣的厚度，符合要求后，安装钢筋笼，浇筑水下砼。
4．8常见故障及处理措施
4．8．1卡钻
如钻进过程中被卡钻，可采用以下方法解决，见图l。
一是水下割护简底口挡住钻头部分，二是将钢护简上拔或顶起一定高度，腾出空间。将钻头拉出。
如是因为护简底变形而引起的卡钻，可抛填片石反复冲砸，将变形部位挤出，或水下切割变形部位，将钻头斜拉上来。
4．8．2斜孔、弯孔产生斜孔、弯孔的原因有三：
(1)是斜面开孔通过溶洞时，未按正确的施工方法，如抛填粘土不及时，溶洞的位置测量不准确，以至钻头沿着软的部位下滑，造成斜孔；
(2)是出現没有预见的溶洞；
(3)是隔层相向的探头石，在钻进时相互扩孔，使钻成的成竖向的“S”形。
纠正斜孔、弯孔的方法：回填片石、粘土重钻，反复数次；灌注水下素砼至弯曲部分以上的一定高度，待强度合格后重新施钻。
4.8.3清孔漏浆
由于覆盖层和溶洞之间相瓦串通，在地下水的作用下产生动压力，导致溶洞内钻孔所形成的人工造壁坍塌，清孔时泥浆流失，其处理方法如下：
(1)探明泥浆流失的孔洞高程，在初步清基的基础上，在钢筋笼上焊接钢护简，钢护简上下口扩成喇叭形，在其上设止水带，当钢筋笼带着堵漏护简初步就位后，进行正循环泥浆清孔。
(2)如孔弯斜严重，钢筋骨架插不下去，时可接高钢护简，尽力振下，然后灌注水下素混凝土至洞底，待达到规定的强度后，再装上钻机重新施钻清孔。
5、钻孔灌注桩基础施工中溶洞处理技术
岩溶地质条件下的溶洞指的是由雨水或地下水溶解侵蚀石灰岩层所形成的空洞，本工程施工场地范围内溶洞极为发育，既有一孔一洞，又有一孔多洞的；溶洞洞高在0.1m～16m范围。根据地质资料，本工程桩基础的溶洞分布见表1。
表1 溶洞分布处理
5．1溶洞的处理技术与方法
根据溶洞的洞高和洞内的填充物情况，．对溶洞采用不同的处理方法，主要处理方法有：抛填法、注浆固结法、灌注混凝土填充法、套放大小钢护简法等。
(1)溶涧的范围小，溶洞高度小于1m，则往桩孔中抛填片石、粘土，先用小冲程冲击桩孔，使溶洞范围形成护壁后。再继续施工。穿越溶洞范同的桩钢筋笼在溶洞卜下各l m范同在钢筋笼的定位筋上焊接厚4 mln的钢板圆筒，在圆筒外增加四根定位钢筋(见图2)。
图1 卡钻示意图 图2 厚度小于lm的溶洞处理示意图
(2)溶洞的高度在1.0 m～3.0 m之间，且溶洞为填充或半填充的，则先向抛填片(碎)石、砂混合物和注水泥浆，然后用小冲程冲击片石挤压到溶洞边形成泥浆碎石外护壁(见图3)，水泥砂浆将片石李隙初步堵塞后，停止冲击，24 h后，待水泥的强度达到2.5 MPa后，再继续冲击，穿过溶涧。
图3 厚度1m～3m的溶洞处理示意图图4灌浆孔平面布置及剖面图
(3)溶洞的厚度在1.0 m～3.0 m之间，且为空洞的，先利用超前钻孔向孔内灌注混凝土干料，填满溶洞，在固结体达到一定强度后(2.5 MPa)即可进行冲孔施工。混凝土干料将采用425R普通硅酸盐水泥拌制，如溶洞空间容积大、导水性强，则在混凝土干料中添加一定量水玻璃，灌浆孔平面布置见图4。
(4)溶洞高在3.0
护简长度L=h+2m(h为多层溶洞高)。内护简内径应比设计桩径大20cm左右，外径应小于外护简内径5cm左右，若遇第二层溶洞，第二层溶洞的内护简外径比上层内护简内径小35 cm，具体见图6。
图5溶洞高3.0
6、结语
实践证明，岩溶地质条件的桥梁迸行桩基施工时，首先进行地质钻探，查明地质情况，然后有针对性地选用人工挖孔、冲击钻孔或挖钻结合方法进行成孔施工，可取得事半功倍的效果。对于溶洞的处理则根据溶洞的厚度与高度采取具体合理的施工措施进行处理，确保桩基础钻孔灌注桩施工的安全顺利进行。
参考文献：
[1]刘吉食，阎洪河．公路桥涵施工技术规范实施手册[M]．北京：人民交通出版社，2001．
[2]J1GD60—2004，公路桥涵设计通用规范[S]．
[3]方小睿。沈典葫；溶洞区桥梁钻孔灌注桩的施工[J]。公路，2003，(2)．
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。